뇌파

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Electroencephalogram (EEG)

1. 개요2. 현실에서3. 뇌파검사4. 기타 이모저모5. 서브컬처
5.1. 뇌파가 등장하는 작품
6. 관련 증상

1. 개요[편집]


전기적 반응인 뇌신경 활동에 의해 발생하는 잉여전류를 측정하는 방법 및 그 신호. 활동을 측정할 수 있는 그나마 가장 간단한 방법이기에 뇌전증, 치매 진단의 의료용에서부터 인터페이스 기술에 이르기까지 용도가 다양하다.
정확히는 뇌전도(腦電圖)로, 뇌(encephal-)에서 발생하는 전기적(electro-) 신호를 기록한 것 또는 그 기술(gram/graphy)을 말한다. 그리고 전기적 신호로 나타나는 신경 활동에 의해서 자기장 변화도 함께 일어나기에 이 자기장 변화를 기록하는 것이 뇌자도(腦磁圖, magnetoencephalography; MEG)이다.

뇌파의 장점으로는 뛰어난 시간 해상도(time resolution)를 꼽을 수 있다. 다른 뇌영상 분석 방법과는 달리 초(seconds)단위가 아니라 밀리초(milliseconds)단위를 쓰기 때문에 인체의 반응이 일어나는 족족 어떤 행동인지 읽을 수 있다. 그 때문에 기능적 자기공명영상(fMRI)처럼 측정 시간이 길어질 경우 뇌 네트워크 시스템에서의 순서를 결정짓지 못하는 반면, 뇌파는 이를 해결할 수 있다. 즉, fMRI 같은 경우 A와 B가 연결되어 있다는 것은 알 수 있지만(A-B), 뇌파는 그 순서까지 읽을 수 있다(A->B).

하지만 뇌파는 매우 신호가 미약하고 공간 분해능(spatial resolution)은 매우 낮기 때문에 입체 및 단층영상으로 만들기가 매우 어려울뿐더러 뇌에 대한 사전지식이 없으면 어느 부위에서 어떤 작용이 일어나는지 알 수 없다. 물론 최근에는 알아낼 수는 있는 기술이 있지만 단적으로 예를 들자면, 우뇌에서 뇌파가 읽혔다고 해도 그것이 왼손인지 왼발인지 알 수 없다는 것.

기본적으로 다섯 종류의 뇌파가 알려져있다.[1]
주파수가 낮은 대역에서부터 시작한다.

  • 델타파 - 0~4Hz를 가지는 뇌파를 말한다. 일반적으로 수면 상태에서 나오는 뇌파고 뇌 전역에서 전반적으로 나오는 신호다. 낮은 진동수에 비해서 진폭은 매우 높은 편이다. 주파수 대역이 0Hz에 가까워서 직류성분(DC)에 영향을 직접 영향을 받는 대역이라 수면 뇌파를 제외한 뇌파 측정 시에는 필터링을 취해 제거해주는 경우가 많다. 측정 시 인체의 움직임이나 기타 노이즈로 인해 영향을 받는 주파수 대역이며, 이를 흔히 델타파가 오염되었다는 표현을 쓴다.

  • 쎄타파 - 4~8Hz를 가지는 뇌파를 말한다. 최면 및 졸음상태에서 나오는 뇌파를 말한다. 특이하게도 설치류 같은 종에게는 쎄타파가 왕성하게 활동하고 있다. 인간의 경우에는 알파 및 베타파가 주로 활동하는 것과 비교해보면 신기한 점. 뇌 구조 중 해마, 시상 같은 곳에서 주로 발생 하는 것으로 보면 변연계통. 즉, 포유류의 뇌에서 발생하는 것으로 알려져있다. 의학적으로는 성인보다 소아 및 유아기에 많이 발생한다고 한다.

  • 알파파 - 8~13Hz를 가지는 뇌파를 말한다. 델타파와 쎄타파가 비각성 상태에서 나오는 뇌파라면 알파파부터 본격적으로 각성 상태의 뇌파라고 할 수 있다. 각성 상태 중에서도 비교적 이완한 상태에서의 뇌파며 눈을 감았을 때 특히 두드러진다. 때문에 시각 영역과 매우 밀접한 관계가 있다. 알파파에 속하는 뇌파로는 뮤파(μ Wave)와 SMR파(Sensorimoter Wave)가 있으나 위에 서술하였듯 깊게 언급하지는 않는다. 뇌 전역에서 관측이 가능하지만 주로 발생하는 곳은 후두엽 부분이다.

  • 베타파 - 13~30Hz를 가지는 뇌파를 말한다. 각성 상태의 뇌파 중 일상적인 인지작용 및 사고활동 시에 발생하는 뇌파이며 평소에 가장 강력하게 활동하는 뇌파이다. 높은 진동수에 비해 델타파와 비교하면 진폭 자체는 낮으며 주파수 대역에 따라 베타1, 베타2, 베타3 등으로 나뉘어지나 여기서는 다루지 않는다.

  • 감마파 - 30Hz 이상의 진동수를 가지는 뇌파. 극도로 긴장하거나 흥분 상태에서 나오는 고 진동수의 뇌파다. 감마파부터는 뇌파 측정 및 유지가 어렵기 때문에 연구가 활발히 진행되고 있지 않다. 때문에 알려진 사실이 다른 뇌파에 비해 적은 상태이며 일반적으로 집중 상태가 매우 깊을 때 나타나는 뇌파라고 알려져 있다.


해부학적 구조로 보면 뇌에는 두개골 밑에 경질막, 거미막, 연질막과 같은 여러 막으로 되어 있는데, 각각 뇌막 사이사이에는 얇은 틈이 있다. 특히 거미막과 연질막 사이에 있는 거미막 밑 공간에는 뇌척수액이 지나가는 매우 중요한 공간이기 때문에 지주막하강이라는 용어가 따로 정해져 있다. 이러한 틈 때문에 뇌의 한 부위에서 뇌파가 방출되어도 틈을 통해 사방으로 퍼져나가기 때문에 뇌 전역에서 뇌 신호가 관찰될 수 있는 것이다. 그래서 뇌파를 측정하는 방법에서 사용되는 수학적 요소가 있는데, 한 전극에서 측정한 값으로는 뇌파를 측정하는 것이 아니라 주변 전극에서 측정되는 신호 값들의 평균[2]을 통해서 뇌파를 결정한다. 이런 요소들이 겹쳐져서 결국 통계 및 확률적 방법을 기용할 수 밖에 없는것이 뇌과학의 주요한 장점이자 단점이지만, 그것 때문에 뇌파 측정 시에는 지속해서 뇌파를 얻은 다음 평균적으로 결과를 내어 분석하는 ERP(event-related potential) 기법을 주로 사용한다.

2. 현실에서[편집]

대중매체에는 빈번하게 등장하지만, 실제로 뇌파를 이용하는 장치의 제작은 쉽지 않다. 일단 뇌파 신호 자체가 대단히 미약해서 측정과 분석부터 매우 어렵다. 보통 분석하는 신호가 커봐야 ㎶(마이크로 볼트) 단위[3]라서 안그래도 힘든데 알려지지 않은 신호 요인이나 측정 영역 주변의 뇌 활동, 게다가 외부 잡음[4]까지 섞여서 실제 뇌파를 효과적으로 감지하는 것에서 문제가 생긴다. 그나마도 뇌파가 통과하는 두개골이 캐패시터와 유사한 영향을 주어 Low Pass Filter와 같이 작용하기 때문에 대략 250Hz 미만의 저주파에서만 의미있는 정보를 얻을 수 있으며 두피에 가까운 부위가 아닌 깊숙한 부분의 뇌파는 측정이 사실상 불가능하기 때문에 뇌파를 측정할 수 있는 부위가 제한된다.

하지만 다른 문제점을 다 무시할 수 있는 엄청난 장점이 하나 있으니 별다른 대공사 없이도 뇌의 활동을 읽어볼 수 있다는 점이다. 뇌에 직접 계측기를 심기 위해서 수술을 할 필요도 없고 안전하며 비용도 저렴하기 때문에 상업화도 용이하다. 때문에 1990년도 후반 이후 엄청나게 붐이 일어난 기능정 자기공명영상(fMRI)이나, 앞에서 말한 뇌자도(MEG) 등의 뇌 영상 기술과 뇌파 측정을 동시에 시도하려는 노력이 이루어지고 있다.

실용화 할 수만 있다면 그야말로 꿈의 기술이 될 수 있으므로 전세계의 대학과 연구소들이 끊임없이 뇌파를 증폭하고 해석하는 기술의 발전을 위해 연구중이고 이미 상당한 결과물이 나오고 있는상황이기 때문에[5], 미래에는 정말 머리속에서 생각만 하는 것으로도 다양한 일을 하는 것이 가능해질 것으로 보인다.

현실에서도 모 종교단체 등이 뇌파진동 이랍시고 뇌를 진동시켜서 뇌파를 강화시킨다는 주장을 하는 것 같은데..뇌진탕 근거는 개뿔도 없는 사이비 과학이다. 또한 아이도저라고 해서 뇌파를 조작해서 기분을 바꾼다는 것도 있는데 이것도 유사과학의 한 종류다. 뇌파는 뇌 활동의 출력물이지 입력이 아니기 때문이다.[6] 싸낸 똥에 약을 뿌려 위장을 치료한다는 것과 같다.

3. 뇌파검사[편집]

뇌파검사를 하게 된다면 (뇌파검사를 바로 해봐야하는 상황이 아닌 이상) 대부분의 경우 뇌파를 최대한 망가뜨린채로 검사를 받는 것이 권장 된다. 즉, 뇌파검사를 하기 전에는 숙면을 취하지 말아야한다. 인체는 생각보다 부실하면서도 튼튼한지라, 막장 상태에 빠진 뇌도 어지간한 정신증이 아닌 이상은 뇌파가 정상으로 나오기 일쑤인 마당에, 숙면을 취한다면 정상 뇌파만 떠버리며, 비싼 뇌파검사비만 날아가는 안습한 상황이 일어나게 된다. 사실 신경증으로 진료를 받다가 진료를 해주던 정신과 의사가 뇌파검사를 권장하는 경우는 매우 드물다. 심리검사의 경우도 치료를 시작하다가 적당히 고려하지 어지간해선 빠르게 하게 되는 일도 드물다.[7] 사실 신경증으로 치료받던 사람이 뇌파검사나 MRI이나, (ADHD 소견이 아닌이상) 상으로 뭔가 이상이 발견된다면 정말로 심각한 (...) 경우이기 때문에...

여하튼 뇌파검사가 만능일 것이란 생각은 접는 것이 좋다. 발작을 일으키고 있을때도 발작이 한창 진행중일때 뇌파를 측정하는 게 아닌 이상은 어지간해선 정상 뇌파가 잡히기 일쑤다. (...) 자폐증 환자에게서 발견되는 발작성 뇌파도 정말 잡기 힘들다...

한가지 알아두어야 할 점은, 30세 미만의 청년들에게는 뇌파 검사가 권장되지는 않는다. 소아 및 유아기가 아닌 이상 (그것도 ADHD 환자가 아닌 이상) 일반적으로 청소년기에서의 뇌파는 정상적인 알파파가 나오지 않고 그보다는 진동수가 느린 6~9Hz 정도의 알파파가 나온다. 알파파의 완성 발현 시기는 약 30세 전후로 3세 정도로 꼽는다. 즉, 27세 이후부터 알파파가 제대로 8~13Hz 범위 내에서 출현하고 그 전에는 미성숙한 뇌파가 나온다고 알려져있다. 특이한 뇌질환이 아닌 이상 뇌파 검사를 권장하지 않는 것도 위에 서술되었듯 정상 뇌파가 떠버리기 일쑤이므로 뇌파 검사에는 여러번 생각을 해봐야 한다.

4. 기타 이모저모[편집]

뇌파 연구실에서 실험하는 것을 보면 에반게리온처럼 싱크로율 비슷한게 있어서, 실험 대상이 스트레스를 받으면 (상사/교수님께 까였다거나, 까였다거나, 까였다거나...) 신호가 불분명해진다. 나름 철저한 고증? 그러니 뇌파 검사하기 전에 롤하면 안된다.

뇌파를 이용한 의학용품 내지는 비싼 장난감을 만드는 연구가 있다. 바로 뇌-컴퓨터 인터페이스. 일례로 고양이귀 악세사리도 존재. 뇌파를 이용해서 고양이귀를 쫑긋이는 물건(네코미미)도 나왔다고 한다. 뉴로스카이라는 회사[8]에서 팔고 있다.

실제 뇌파 측정기기 및 뇌파 분석 방법을 소개하는 국내 홈페이지가 존재한다. Laxtha 라는 회사이며 여기서 제공하는 뇌파 분석 소프트웨어는 일부 기능은 무료이므로 설치가 가능하지만 뇌파를 기록하려면 여기서 제공하는 측정기기를 구매해야 한다(...).[9]

이 뇌파를 바탕으로 뇌 활동을 교정하는 것이 바이오피드백의 일종인 뉴로피드백이다. 목표로 삼은 파장이 나오면 보상을 주고, 배제하려는 파장이 나오면 처벌을 주는 방식[10]을 쓰는대, 하는 거 자체는 참 별거 없지만 뉴로피드백을 위한 계획을 새우는 것에는 전문 지식이 필요해서 정말 불필요할 정도로 많은 고급 인력이 사용되며, 덕분에 인건비가 매우 높아 뉴로피드백 한번 받는 비용이 정말 무진장 비싸다.

5. 서브컬처[편집]

오덕/SF 계열에서도 기계를 조종한다거나, 생각을 조종한다거나, 전기 공격을 가한다거나(!) 등 다양한 용도로 이용된다. 설정에 뇌가 들어간다면 거진 곁다리로 따라들어간다고 봐도 될지도.

5.1. 뇌파가 등장하는 작품[편집]

  • 시즈쿠 - 독전파를 쏘아 전인류를 발정시키려는 등장 인물이 존재.

  • 피안도 - 미야비가 자기 뇌파로 악귀의 뇌를 간섭하여 조종

  • 에반게리온 - 칠드런의 뇌 활동을 에반게리온과 동조시켜, 에반게리온을 조종.

  • 어떤 과학의 초전자포 - AIM 확산역장

  • 써로게이트

  • 기생수

  • 신기동전기 건담 W - 히이로 유이는 훈련을 통해 뇌파와 맥박을 스스로 조절할 수 있다. 기절상태에서 각성했을 때, 기절상태와 동일한 뇌파와 맥박을 유지한다.

  • 기동전사 건담 UC - 주역 기체 유니콘 건담은 통상시의 콕핏은 일반적인 조종방식을 갖추지만 NT-D가 발동되면 조종기구들이 모조리 수납되는 대신 뇌파로 기체를 조종할 수 있도록 파일럿의 신체에 센서를 부착한다.

  • 초전자로보 콤바트라 V - 5대의 배틀 머신이 콤바트라V로 합체하기 위해서는 파일럿 5인의 뇌파가 일치해야만 한다.

  • House M.D. - 에피소드 중에 척수 신경계가 완전히 꺼져서 생각은 할 수 있지만 외부와 전혀 의사 소통을 할 수 없게 된 환자가 나온다. 뇌파를 이용하는 인터페이스 기술도 사실 이러한 환자들에게 도움을 주기 위해 발전해온 것.

  • 파이어폭스 - 뇌파로 전투기의 무장 발사를 통제하는 뇌파감응 조종장치가 등장한다.

  • 기타 최면 에로게 등등

  • 거의 모든 게임 소설 - 뇌파하나면 가상현실 게임에서의 자유도와 현실성을 간단히 설명할 수 있게 된다.(소아온이 좋은 예시)

  • 암살교실 - 살생님시오타 나기사가 뇌파를 느낄수있다

6. 관련 증상[편집]

[1] 더 많은 파들이 존재하지만 깊게 알려고 하진 말자. 궁금하면 구글에서 위키피디아를 참고하자(...).[2] 요르트 매개변수를 이용한다. 라플라스 방정식과 매우 유사한 방법이다. Hjorth Parameters[3] 100만 분의 1 볼트 피카츄분의 1[4] 계측해야 하는 신호 자체가 미약한만큼 약간의 잡음도 매우 영향이 크다.[5] 또한, 한국타이어에서는 이에 질새라 뇌파로 움직이며 타이어 자체에 모터를 장착, 엔진없이 운행하는 자동차를 선보였으며, 탑기어 코리아에서도 소개되었다. 제작기간이 5개월밖에 되지 않았다고 한다![6] 컴퓨터로 보자면 글을 작성할 때 보통 키보드를 사용해 입력을 하지만, 위와 같이 뇌파를 조작한다는 건 모니터로 입력을 한다는 것과 같다.[7] 특히 우울장애의 경우는 뇌파검사와 심리검사가 거의 의미가 없다.[8] 외국회사이며 우리나라로 배송이 안된다. 아마존이나 대행구매같은 것을 이용할 수 밖에 없다[9] http://www.laxtha.com/[10] 즉, 자동차가 움직이는 게임으로 뉴로피드백을 하게 되면 뇌파가 안정적이면 차가 잘 달리지만 뇌파가 흐트러지기 시작하면 멈추는 정도롤 넘어서 거꾸로 가는 (...) 식이다.